Study of phase transitions and structural order in perturbed nematic liquid crystals / Študij faznega prehoda in strukturnega reda v perturbiranemu nematičnemu tekočemu kristalu

Amid Ranjkesh, Milan Ambrožič, Mitja Slavinec
 
ANALI PAZU, 3 (2013), št. / No. 2, strani / pages 57-67
Celotno besedilo / Full text (PDF)
 
Abstract: We studied the typical domain size and configuration character of randomly perturbed nematic liquid crystal system, or in general the system of rod-like objects which interact via a Lebwohl–Lasher-type interaction. We described their local direction with a headless unit director field. We introduced into the system the impurities of concentration p, which impose the random anisotropy field-type disorder to directors. We studied the domain-type pattern of molecules as a function of p, anchoring strength W between a neighboring director and impurity, temperature, and history of samples. In simulations, we quenched the directors either from the random or from homogeneous initial configuration. Our results show that a history of system strongly influences: i) the average domain coherence length; and ii) the range of orientational ordering in the system. In the random case, the obtained order is always short-range (SRO). On the contrary, in the homogeneous case, SRO is obtained only for strong enough anchoring W and large enough concentration p. In other cases, the ordering is either quasi long range (QLRO) or long range (LRO). We further studied field-induced memory effects for the random initial configuration. With increasing external ordering field, either QLRO or LRO is realized. This ordering is preserved even if the field is switched off, and its degree saturates for a large enough value of the field. Therefore, one can control the degree of global ordering and average domain coherence size by temporarily exposing the system to an external ordering field. Such systems could be exploited as soft matter based phase-memory devices.
Key words:  Lebwohl-Lasher model, nematic liquid crystals, disorder, memory effect, orientational order.
 
Povzetek: V članku obravnavamo tipične konfiguracije naključno motenih nematskih tekočih kristalov in velikosti njihovih domen. Gre za sistem paličastih delcev, ki delujejo eden na drugega z interakcijo tipa Lebwoh-Lasher. Lokalno smer teh delcev opišemo z vektorskim (direktorskim) poljem. V sistem dodamo nečistoče s koncentracijo p, ki povzročajo naključno neurejenost direktorskega polja. Obravnavamo domensko strukturirano mrežo molekul kot funkcijo p, jakosti sklopitve W med sosednjima direktorjema in nečistočo, temperature in zgodovine vzorca. V numeričnih simulacijah smo začetno direktorsko polje dobili z nenadno ohladitvijo, ali pa s homogenimi začetnimi pogoji. Rezultati kažejo, da zgodovina sistema bistveno vpliva na: i) povprečno koherentno dolžino domene in ii) doseg orientacijskega urejanja sistema. V primeru naključne konfiguracije, dobimo vedno red kratkega dosega, v primeru homogenega urejanja pa dobimo red kratkega dosega  le v primeru dovolj močne sklopitve W in dovolj velike koncentracije p. V ostalih primerih dobimo kvazi-dolgi doseg ali dolgi doseg interakcije. Obravnavali smo tudi spominske efekte naključne začetne konfiguracije na podlagi zunanjega polja. S povečevanjem zunanjega urejevalnega polja dobimo kvazi-dolgi doseg, ali pa dolgi doseg interakcije. Tako ureditev ohrani sistem tudi potem, ko zunanje polje odstranimo. To pomeni, da lahko kontroliramo stopnjo globalne urejenosti in velikost povprečne koherentne dolžine, če sistem začasno izpostavimo zunanjemu polju. Taki sistemi bi se lahko uporabili kot spominski sistemi na bazi mehkih snovi.
Ključne besede: Model Lebwohl-Lasher, nematski tekoči kristali, nered, spominski efekt, orientacijska urejenost.

Številka revije: